BDS全球定位服务能力及天顶对流层延迟估计性能评估

基于自行解算的GPS/BDS精密轨道和钟差产品,选取全球均匀分布的9个MGEX观测站1周的观测数据,使用GAMP软件进行BDS静态精密单点定位（PPP）解算,以评估BDS全星座的全球定位服务能力及天顶对流层延迟（ZTD）的估计性能。实验结果表明,BDS静态PPP解算收敛后水平方向精度优于1 cm,高程方向精度在1 cm左右,定位精度已与GPS相当;其天顶对流层估计精度优于1 cm,与GPS PPP解算的ZTD误差的RMS值相差在1 mm以内。总体来说,BDS全星座已具备与GPS相当的全球定位服务能力和ZTD反演性能。     

一种适用于精密单点定位的抗差自适应滤波

分析了卫星星座PDOP值与卫星数的关系以及伪距和载波相位观测值残差量级的大小,结合精密单点定位各参数的特性,提出一种适用于精密单点定位的分类因子抗差自适应滤波法。该方法在等价权函数的选取上兼顾PDOP值的检验,并对不同观测量分别进行抗差等价权替换。根据不同参数的特性,建立分类自适应因子,利用预测残差求取各类参数的自适应因子。实验表明,该方法不仅能检测和控制异常观测量对定位解算的影响,而且能提高PPP定位的精度及可靠性。     

BDS卫星失效对区域定位精度的影响评估

基于STK软件实现了2016-09 BDS系统星座结构的仿真，并选取可见卫星数、DOP值、系统可用性作为评估BDS卫星星座设计结构的指标，分析单颗与全部倾斜轨道卫星（IGSO）、地球静止轨道卫星（GEO）失效后对我国大陆地区BDS系统可用性的影响。结果表明，IGSO4卫星与GEO5卫星失效后对BDS在区域的定位性能影响较大，失效后的GDOP值分别为1.98、2.16。取BDS卫星正常运行时区域平均GDOP最大值(S=2.60)作为系统可用性阈值时，系统可用性分别降低了1.79%、32.63%；阈值取2S(5.20)、3S(7.80)、4S(10.40)、5S(13.00)时，系统可用性均可达100.00%。GEO整体失效后BDS系统在高精度定位中仍部分可用，而IGSO整体失效后BDS系统可用性受到大幅度限制。因此，增加在轨备份卫星时需重点考虑GEO5、IGSO4，并适当增加IGSO卫星的数目。     

GNSS多系统组合PPP解算方法与成果分析

研究GPS、GLONASS和BDS三系统组合精密单点定位（PPP），包括函数模型、对流层延迟参数和差分码偏差(DCB)参数的解算方法。利用C++语言编制3系统组合PPP程序，分析MEGX网12个连续跟踪站1周观测数据，结果表明，无电离层组合模型和非组合模型的收敛速度和定位精度相当，同一测站在不同时间的收敛速度无明显差异，但非组合模型采用先验电离层信息约束可提高定位的收敛速度。多系统组合定位能改善PDOP值，提高收敛速度和定位精度；3系统组合PPP的水平坐标精度约3 cm，高程精度约5 cm，优于3个系统单独定位或2个系统组合定位的精度；当卫星遮挡较大时，多系统PPP结果较单系统更为稳定。     

基于非差与历元差分两种观测模型估计精密卫星钟差的方法比较

研究了非差与历元差分两种观测模型估计精密卫星钟差的方法,评价了分别利用两类观测模型估钟的特点。通过实际算例分析了两种观测模型估钟的处理速度与精度。计算结果表明：基于非差观测模型估计卫星钟差精度高、观测信息没有损失、可靠性高、可以实现模糊度固定,但由于未知参数多,解算速度较慢,且需要经过一段时间的收敛才能达到所需精度;而历元差分模型估计卫星钟差待求参数较少,计算效率高,且不存在收敛过程,但估钟精度比非差模型估钟收敛后的精度略低,且得不到钟差初值,需从导航电文中提取或通过其他方式获取,不过由此引起的系统性偏差,在定位时可被模糊度和接收机钟差吸收,不影响最终的定位结果。     

BDS多路径效应特征及其对静态基线解精度的影响

为研究BDS载波相位多路径效应的特征,在强多路径环境下进行连续多天短基线静态数据采集,并计算双差观测值残差序列,分GEO、IGSO、MEO 3类卫星分析BDS多路径重复性,在此基础上研究多路径效应对BDS静态基线解精度的影响。结果表明,BDS多路径误差具有较强的重复性,其中GEO及IGSO卫星的多路径误差重复周期为1 d,MEO卫星的多路径误差重复周期为7 d;GEO卫星的多路径误差具有系统性偏移,但不是一个常数,而是随时间发生缓慢变化,因此长时间的静态观测并不能平滑该误差,从而导致在较强多路径环境下,BDS多路径误差对其静态解的影响可达cm级。     

北斗在南/北极地区的基本定位性能评估

基于BDS、GPS系统的星座结构，对当前的BDS二代导航系统（BD2）、全部建成后的BDS系统在极地科考站（黄河站、昆仑站、中山站、长城站）和北极圈的可见卫星数、DOP值、定位精度等进行评估，并将建成后的BDS、GPS及其组合系统在南/北极的基本定位性能进行对比分析。仿真结果表明，当前的BD2只实现了极地的部分覆盖，对极地提供导航定位的能力有限，大范围内的定位精度大于30.0 m； BDS在极地的定位精度将与GPS相当，可见卫星数可达13颗左右，PDOP值优于1.6，定位精度优于8.0 m；GPS/BDS组合后在极地的PDOP值优于1.4，定位精度优于6.0 m。
     

GPS/BDS-2/Galileo混合双差相对定位模型应用于短基线精密定位研究

对单/双频GPS/BDS/Galileo混合双差相对定位模型算法进行研究,推导了GPS/BDS/Galileo混合双差相对定位模型。选择短基线数据进行实验,对GPS、GPS/BDS标准双差、GPS/BDS混合双差、GPS/Galileo混合双差以及GPS/BDS/Galileo混合双差解算模式在定位精度、模糊度固定速度方面进行对比分析。结果表明,相对于GPS单系统或GPS/BDS双系统标准双差解算模式,双系统或三系统混合双差解算模式能有效提高模糊度首次固定时间,定位精度也有一定程度的提升。     

信号易遮挡地区GPS/BDS双频单历元短基线解算精度分析

信号易遮挡地区GPS、BDS单系统可见卫星个数少，无法达到相对定位的最低要求。讨论了GPS/BDS组合单历元基线解算模型，在多种模拟环境下将GPS/BDS联合解算结果与GPS和BDS单系统在可见卫星数、模糊度固定成功率、定位精度等方面进行对比分析。结果表明，相对于单系统单历元基线解算，GPS/BDS组合大大增加了可见卫星数，提高了模糊度固定成功率，并在极端的观测条件下有效地改善了定位精度，使信号易遮挡地区双频单历元基线解算精度可以达到cm级甚至mm级。     

混合构型低轨卫星增强GPS精密单点定位性能分析

低轨卫星具有信号强度高、运动速度快的特点,引入低轨卫星可改善矿区、城市、峡谷等复杂环境下GNSS接收机观测数据质量差、定位精度较低的问题。采用混合构型低轨星座进行定位增强,利用仿真低轨卫星数据对不同数量、不同构型的低轨卫星在不同截止高度角情况下增强GPS PPP性能进行分析。结果表明：1)GPS联合LEO定位可以显著增加可见卫星数,降低PDOP值。2)在截止高度角为30°时,低轨卫星可显著提高GPS定位性能,改善定位精度并减少收敛时间。其中,主子星座(96+9)联合GPS定位与同卫星数低轨卫星相比,在提升子星座覆盖区域测站(HKSL)N、U方向定位精度及减少收敛时间方面效果更好。     

观测质量对北斗系统集中式实时自主导航的影响分析

介绍集中式实时自主导航参数分解滤波的基本原理及星间链路观测值的仿真方法。基于仿真北斗系统全星座的星间链路测量数据，进行60 d的集中式实时自主导航解算，论证观测噪声及残余系统误差对北斗系统3类卫星自主导航精度的影响。结果表明，观测噪声对自主导航精度无显著影响；残余系统误差中的固定偏差为影响自主导航精度的主要成分，且残余系统误差对自主导航精度影响较大，需要对其认真检校。另外，观测噪声及残余系统误差的变化对北斗系统3类卫星自主导航精度的影响无显著差异。     

GPS/BDS分类组合定位的指数加权Helmert方差分量估计法

针对北斗卫星导航系统（BDS）星座结构复杂、不同类型卫星观测值残差差异较大的不利条件，将BDS系统中IGSO、MEO、GEO 3种卫星的观测值进行分类定权，提出一种顾及历史权比的指数加权Helmert方差分量估计法来精确确定不同系统之间观测值的权阵。为了验证该方法在GPS/BDS组合定位中的有效性，采用单点定位模型分别进行静态和动态导航实验，并将其定位结果与等权模型以及不考虑指数加权的Helmert方差分量估计方法进行对比。结果表明，采用改进的加权方法，在东、北、天3个方向的定位精度均获得显著提高，在静态条件下，相对于等权模型，改进方法3个方向的定位精度提高幅度分别达到50.0%、51.0%和42.0%；在动态条件下，定位精度提高幅度分别为10.0%、8.0%和9.0%。特别在卫星数量较少、卫星几何图形强度较差时，定位结果的改善效果更为明显。     

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北斗卫星广播星历精度评估与单点定位优化模型

利用精密星历产品对BDS-2和BDS-3广播星历的精度进行系统评估,进一步比较分析不同BDS-2和BDS-3卫星星座组合对单点定位的影响,提出一种基于SISRE(signal in space range error)的单点定位加权优化模型.实验结果表明,BDS-2星座中MEO、IGSO和GEO卫星广播星历轨道误差的R...     

BDS三频观测值多路径误差的差异性分析

BDS分布在3个不同高度的轨道上且同时播发3种频点的信号数据，导致其观测值多路径误差可能在星座间、频点间存在差异。基于此，利用我国iGMAS跟踪网络和国际MGEX跟踪网络的17个GNSS多模观测站数据，从高度角、信号频点、接收机类型、跟踪站分布以及卫星星座等5个方面进行BDS多路径误差的差异性分析，同时与同源观测站上的GPS观测值多路径误差进行对比。结果表明，B3频点的多路径误差最小；3种星座间，GEO卫星的多路径误差最小；BDS的GEO卫星和IGSO卫星的多路径误差在地域上无明显的差异；BDS的B3频点上的多路径误差优于GPS 3个频点上的对应结果，BDS的B1和B2频点与GPS的L1和L2频点上多路径误差的精度相当。     

基于凸包Graham扫描法的多系统融合精密单点定位快速选星算法

鉴于传统选星算法不能快速获得理想的卫星空间构型，在讨论定位精度计算模型、多系统融合GDOP值影响因素和分析基于凸包Graham扫描的选星算法原理的基础上，编程实现了基于凸包Graham扫描法的多系统融合精密单点定位快速选星算法，并对该算法的选星效果及定位效率进行仿真实验。结果表明，该算法的选星数能够稳定在8~10颗，其星座GDOP得到明显优化，空间构型得到明显改善；与传统方法相比，X、Y、H方向收敛时间的优化率分别达到40%、20%和7%，且定位精度更高，对于促进模糊度快速固定和改善定位效率有重要意义。